电气控制线路设计

1.2.2.1 基本控制线路

1.点动控制与连续运转控制

1）点动控制线路

点动控制线路是一种调整工作状态，要求一点一动，按住按钮不释放则连续运动，不按则不动，这种运动控制方式称为“点动”或“点车”。三相异步电动机的点动控制线路如图 1.29所示。

图1.29　三相异步电动机的点动控制线路

点动控制工作原理：闭合隔离开关QS，则有

对于点动控制，由于运行时间短，一般都不需要加装热继电器进行保护。熔断器FU用作短路保护。

2）连续运转（自锁）控制线路

多数情况下，要求电动机启动后能连续运转，此时如果采用点动控制，就会加重操作人员的劳动强度，也容易因手抖而停车。

为了实现电机连续运转，一般通过交流接触器KM线圈自锁实现。该电路可以实现电机启动后自保持，被称为“启-保-停”控制电路。像这种松开启动按钮后，接触器线圈可通过自身辅助常开触点保持通电的状态称为自锁，起到自锁作用的辅助触点称为自锁触点。

在实际运用中，由熔断器FU作为短路保护，交流接触器作失压和欠压保护，而对电动机的过载保护则采用在线路中加装热继电器FR的方法实现。热继电器的常闭触点串接于控制电路中，当发生过载时或者其他故障时，热继电器执行元件动作，使控制回路（内含接触器线圈）断电，交流接触器主触点复位以保护电动机。

3）电气原理图

三相异步电动机的自锁控制线路如图1.30所示。

图1.30　三相异步电动机自锁控制线路

动画 三相异步电动机连续运转控制电路

4）工作原理

2.连续与点动混合控制电路

机床设备在正常工作时，一般需要电动机处于连续运行的状态，但是在试车或者调整刀具与工件的相对位置阶段，又需要点动控制电机运行。实现这种工艺要求的电路称为连续与点动混合控制线路。

1）电气原理图

三相异步电动机的连续与点动混合控制线路如图 1.31 所示。图（a）为开关选择型，该电路是在自锁正转运行线路，将开关SA串联于自锁回路上。图（b）是在三相异步电动机自锁正转运行线路基础上增加了一个复合按钮SB3，其常开触头与启动按钮并联，常闭触点与自锁触点串联。

2）工作原理

对于开关选择型，点动与连续混合控制是随开关状态切换的，当SA闭合时，自锁回路通路，故电动机连续运行；当SA断开时，自锁回路断路，故点动控制电动机运行。

（1）开关选择型“连续”控制运行原理如下。

连续控制（已按下SA按钮）：

图1.31　异步电动机的连续与点动混合控制线路

（2）复合按钮型“点动”控制运行原理如下。

3.互锁控制

在生产实践中，有很多情况需要电动机的正、反向运行，如工作台的往复移动，起重机的上升和下降等。要使电动机运行方向改变，只需改变电动机绕组的通电顺序，即使电动机绕组中任意两相换相，但是出于保护电路的需要，控制电路设计一定要合理。我们常采用自锁与互锁共同控制，这种电气控制统称为电气的连锁控制。

1）无互锁控制电路

三相异步电动机无互锁正反转控制电路如图1.32（a）所示。

合上电源开关QS，按下正转按钮SB2时，控制正向运转接触器KM1线圈得电并自锁，电动机正转；按下停止按钮后，再按下反转按钮SB3时，控制反向运转接触器KM2线圈得电并自锁，电动机反转。

2）接触器连锁正反转控制线路

对于无互锁正反转控制线路，若误操作时同时按下两个启动按钮，将会使电动机绕组短路。因此，任何时候只能允许一个接触器通电工作。使用互锁（连锁）控制可实现这种工艺要求。如图1.32（b）所示，电路在图1.32（a）的基础上将正反转控制的交流接触器的常闭辅助触点串联在对方的接触器线圈里。工作原理分析如下：

分析工作原理可知，当一个接触器得电动作时，通过其常闭触头使得另外一个接触器不能动作，正向接触器与反向接触器构成相互制约关系，称作互锁。实现互锁作用的常闭触点称为互锁触点。

3）接触器、按钮双重联锁正反转控制线路

接触器联锁正反转控制电路可保证电机的可靠运行，但是由于接触器自锁作用，必须按下停止按钮，然后才能反转启动，因此称这种电路为“正-停-反”电路。为了操作方便，在图1.32（c）电路中将正转按钮与反转按钮都换成了复合按钮的，并将两个复合按钮的常闭触头串接于对方的接触器线圈控制电路中，可以实现不按停止按钮，由正转直接到反转，称为“正-反-停”控制。解决问题关键在于增加了按钮互锁，互锁的按钮可以实现先断开正在运行的电路，再接通反向运转的电路。这种接触器、按钮都互锁的控制方式称作双重互锁控制。图1.32（c）的运行原理请自行分析。

图1.32　三相异步电动机的正反转控制线路

4.甲乙地控制

在一些大型生产机械和设备上，要求操作人员在不同方位都能进行操作与控制，即实现多地（典型的是两地，即甲乙地）控制。多地控制是用多组启动按钮、停止按钮来进行的，这些按钮连续的原则是：启动按钮常开触头要并联，即逻辑“或”的关系；停止按钮常闭触头要串联，即逻辑“与”的关系。三相异步电动机甲乙地控制线路图如图1.33所示。

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图1.33　三相异步电动机甲乙地控制线路图

工作原理：

若甲地安装停止按钮SB1及启动按钮SB2，乙地安装停止按钮SB3及启动按钮SB4。当两地之中任意一操作人员按下启动按钮，KM都得电并自锁；停止时只需要两地中的其中一地的停止按钮被按下即可实现。

5.顺序（联锁）控制

在装有多台电动机的生产设备上，各电动机所起的作用不尽相同，有时候需要按一定的顺序启动或停止才能满足生产工艺的要求。顺序控制线路可实现这一要求。

1）顺序启动控制线路

图1.34（a）所示为两台电机顺序启动控制线路。

图1.34　 两台电动机顺序控制线路原理图

工作原理：

合上电源开关QS，则有

2）电机顺序启动、逆序停止控制线路

生产机械除要求按顺序启动外，有时还要求按一定顺序停止，如带式输送机、前面的第一台运输机先启动，再启动后面第二台；停车时应先停第二台，再停第一台；这样才不会造成物料在传送带上的堆积和滞留。图1.34（b）中控制电路在（a）图基础上，将接触器KM2的常开辅助触头并接在停止按钮SB1的两端。当电动机M1、M2都启动后，由于KM2常开触点将SB1短路，即使按下SB1停止按钮，电机M1也无法停止运转。只有先按下停止按钮SB3后，按下SB1才有效。

3）电机的时间控制

在许多顺序控制中，要求有一定的时间间隔，此时通常用时间继电器来实现。

（1）电气原理图。

时间继电器控制的顺序启动线路图如图1.35所示。控制电路中运用通电延时型时间继电器实现延时动作。

图1.35　时间继电器控制的顺序启动线路

（2）工作原理。

合上电源开关QS，则有

停止：

6.自动往复循环控制

有些生产机械，要求在一定的距离内能自动往返运动，以便实现对工件的连续加工，提高生产效率。这时通常利用行程开关来控制自动往复运动的行程，并由此来控制电动机的正、反转或电磁阀的通、断电，从而实现生产机械的自动往复。

1）电气原理图

自动往复循环控制如图1.36所示。其中（a）图为机床工作台自动往复运动示意图，（b）图为自动往复循环控制线路图。

图1.36　自动往复循环控制

2）运行原理

不断重复上述过程，工作台就在限定的行程内作自动往返运动。

停止：

控制线路中设置了4个行程开关：SQ1、SQ2用作自动切换电动机正反转控制电路；SQ3、SQ4被用作终端保护。当行程开关SQ1、SQ2失灵时，电动机无法实现换向，工作台继续沿原方向移动，撞块将压下SQ3或SQ4限位开关，使相应接触器线圈断电释放，电动机停止，工作台停止移动，从而避免运动部位因超出极限位置而发生事故，实现限位保护。

7.星形-三角形降压启动控制线路

选择合适的低压电器，设计并完成三相异步电动机星三角降压启动控制电路。

1）所需工具、材料和设备

低压断路器1个，低压熔断器5个、交流接触器3个、热继电器1个、三相异步电动机1台、通电延时继电器1个、按钮2个、常用电工工具1套，以及连接导线若干等。

2）操作方法和步骤

（1）按照控制三相电机启动的要求，绘制好电气原理图，并设计好元器件的布置图。

（2）按图 1.37 接线，接线时注意主电路与控制电路的电压等级以及电流等级，选择相适应的电器和导线。

（3）接线完毕后，用万用表检查完毕后才可以通电试运行。

（4）合上低压断路器，按下启动按钮SB1。观察电机运行情况，是否与工作原理所示相同。

3）工作原理

合上电源开关QF，则有

图1.37　三相异步电动机星三角降压启动